山东大学单片机原理第八章课件

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1、电力系统工程基础高压篇张 黎 2018/8/101第8章 电力系统过电压及保护 8.1 雷电过电压及防雷保护8.2 内部过电压8.3 工频电压升高Date2电力系统过电压外部过电压内部过电压暂时过电压操作过电压在电力系统内部，由于 断路器的操作或发生故 障，使系统参数发生变 化，引起电网电磁能量 的转化或传递，在系统 中出现过电压，这种过 电压称为内部过电压。操作过电压即电磁 暂态过程中的过电 压；一般持续时间 在 0.ls（五个工频 周波）以内的过电 压称为操作过电压 。 暂时过电 压包括工 频电压升 高及谐振 过电压； 持续时间 比操作过 电压长。 第8章 电力系统过电压及保护Date38

2、.1 雷电过电压及防雷保护 8.1.1 雷电的产生雷电放电是由带电荷的雷云（带电的云）引起 的。如果雷云中电荷密集处的电场达到2530 kV/cm，就会由云向地开始先导放电。主放电：时间 50-100 s；主放电时电流可达 数千安，最大可达200-300kA。余辉：雷云中剩下的电荷继续沿主放电通道下 移，称为余辉放电阶段。余辉放电电流仅数百安 ，但持续的时间可达 0.03-0.15 s。 第8章 电力系统过电压及保护Date4l雷暴日：每年中有雷电的天数。 l雷暴小时：每年中有雷电的小时数。年平均雷暴日不超过 15 的地区为少雷区；超过 40 的为多雷区。通常将雷电引起的电力系统过电压，称为雷

3、电过 电压。雷电过电压可分为感应雷过电压和直击雷过电 压。 第8章 电力系统过电压及保护Date58.1.2 防止雷电过电压的主要设备雷电过电压对电力系统设备是有害的，所以 对 它必须加以预防。电力系统防雷的重点是直击 雷 防护 。 避雷针 避雷线，通常又名架空地线，或简称地线 。 避雷器 第8章 电力系统过电压及保护Date68.1.3 接地接地，就是把设备与电位参照点的地球做电气上的连 接，使其对地保持一个低的电位差。 接地按其目的可 分 为四种： l工作接地 ：为了运行的需要，将电网某一点接地， 其目的是为了稳定对地电位与继电保护上的需要。 l保护接地 ：为了保护人身安全，防止因电气设备

4、绝 缘劣化，外壳可能带电而危及工作人员安全。 l 防雷接地 ：导泄雷电流，消除过电压对设备的危害 。 l 静电接地 ：在可燃物场所的金属物体接地。第8章 电力系统过电压及保护Date78.1.4 输电线路的防雷保护措施雷击线路 附近地面 雷击 塔顶 雷击档距中央 的避雷线 雷击 导线 感应雷过电压第8章 电力系统过电压及保护Date8输电线路防雷的措施（“四道防线”）：l防止雷直击导线沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合。l防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线 路绝缘，在个别杆塔上采用避雷器等。l防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧适当增加绝缘子片数

5、，减少绝缘子串上工频电场强 度，电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式。l防止线路中断供电采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施。第8章 电力系统过电压及保护Date98.1.5 发电厂、变电站的防雷l发电厂、变电站遭受雷击可来自两个方面：一是雷直 击于发电厂、变电站的设备；二是雷击线路，产生的 雷电过电压沿线路侵入发电厂、变电站。l发电厂、变电站由于设备相对集中，采用避雷针、避 雷线后可以非常有效地防护雷击过电压。 第8章 电力系统过电压及保护Date108.1.5.1 直击雷过电压的防护发电厂、变电所防止直击雷的措施是采用避雷针、 避雷线及良好的接地网。装设的避雷针或避雷线应 使所有的设备

6、均处于其保护范围内，同时还要求当 雷击避雷针或避雷线时，避雷针或避雷线不应对被 保护设备进行反击。避雷针按照其装设方式分为独立避雷针和构架避雷 针。当独立避雷针受雷击（如图8-2）时，由于巨大 的雷电流在避雷针本体及其接地装置上产生很高的 电位，因此必须保证避雷针与被保护设备之间的空 气间隙Sa及避雷针接地装置与被保护设备接地装置 之间的地中距离Se满足一定的要求。第8章 电力系统过电压及保护Date11一般情况下，Sa不宜小 于5 m，Se不宜小于3 m 第8章 电力系统过电压及保护Date128.1.5.2 侵入波过电压的防护l为防止雷电波侵入变电所损坏电气设备，一般从两方 面采取保护措施

7、：l一是使用阀型避雷器，限制来波的幅值。l二是在距变电所适当的距离内，装设可靠的进线保护 段，利用导线高幅值入侵波所产生的冲击电晕，降低 入侵波的陡度和幅值；利用导线自身的波阻抗限制流 过阀型避雷器的冲击电流幅值。第8章 电力系统过电压及保护Date138.1.5.3 气体绝缘变电所的防雷保护全封闭SF6气体绝缘变电所（GIS）是除变压器以外整个 变电所的高压电力设备及母线，封闭在一个接地的金属壳内 ，壳内充以 (3 4)1.01325105 Pa大气压的SF6气体作为相间 和对地的绝缘。 第8章 电力系统过电压及保护Date14GIS变电所雷电过电压保护的特点GIS绝缘水平主要决定于雷电冲击

8、电压。GIS变电所的波阻抗一般在60-100之间，远比架空线路 低，这对变电所的侵入波保护有利。GIS变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离 被保护设备较近，防雷保护措施比敞开式变电所容易。GIS过电压保护应有较好的可靠性，绝缘配合留有足够的 裕度。第8章 电力系统过电压及保护Date15电力系统过电压外部过电压内部过电压暂时过电压操作过电压在电力系统内部，由于 断路器的操作或发生故 障，使系统参数发生变 化，引起电网电磁能量 的转化或传递，在系统 中出现过电压，这种过 电压称为内部过电压。操作过电压即电磁 暂态过程中的过电 压；一般持续时间 在 0.ls（五个工频 周波）以内的过电

9、压称为操作过电压 。 暂时过电 压包括工 频电压升 高及谐振 过电压； 持续时间 比操作过 电压长。 8.2 内部过电压8.2.1操作过电压第8章 电力系统过电压及保护Date168.2.2 空载线路合闸过电压8.2.2.1 正常空载线路合闸过电压输电线T电路空载线路合闸时，产生过电压的根本 原因：电容、电感的振荡，其振荡电 压叠加在稳态电压上所致。 第8章 电力系统过电压及保护Date17对上图的电路在t0时合闸，解得其中， ，为过渡过程的振荡角频率。对超高压线路， 较低，约为电源角频率的1.54倍，对低压 线路较高。当 时， 达最大值， 。也可以将式改 为 第8章 电力系统过电压及保护Da

10、te18其中， 为稳态分量； 为自由振荡分量 ，当仅关心过电压幅值时，有过电压幅值稳态值振荡幅值稳态值（稳态值起始值）2稳态值起始值对空载线路，线路上不存在残余电压，起始值为零 ，故从上式也可得UCmax=2Em。第8章 电力系统过电压及保护Date198.2.2.2 重合闸过电压自动重合闸是线路发生故障后，由继电保护系统 控制的合闸操作，这也是系统中经常遇到的一种操作 。 第8章 电力系统过电压及保护Date20这时该相上过电压的幅值起始值 过电压幅值2稳态值起始值2Em（Em）3Em 所以，重合闸时在线路上可能出现的最大过电压幅值为 3Em。第8章 电力系统过电压及保护Date218.2.

11、2.3 影响因素及限制措施1.影响因素（1）合闸相位 合闸相位是随机的，有一定的概率分布，与断路器合闸过程中的预击 穿特性及断路器合闸速度有关。 （2）残余电荷 过电压的大小与线路上残余电荷数值和极性有关。 （3）断路器合闸的不同期 由于三相线路之间有耦合，先合相相当于在另外两相上产生残余电荷 。 （4）回路损耗 实际输电线路中，能量损耗（电阻、电晕）会引起振荡分量的衰减。第8章 电力系统过电压及保护Date222. 限制过电压的措施（1）降低工频电压升高 目前超高压电网中采取的有效措施是装设并联电抗器和静止补偿装 置（SVC），其主要作用是削弱电容效应。（2）断路器装设并联电阻 第一阶段：带

12、电阻 R 合闸，将 R 与辅助触头串联。由于 R 对振荡 回路起阻尼作用，使过渡过程中的过电压降低。第二阶段：大约经 8 15 ms，主触头闭合，将 R 短接，电源直接 与线路相连。第8章 电力系统过电压及保护Date232. 限制过电压的措施第8章 电力系统过电压及保护合闸过程：S2先合（曲线1，希望R 大），再合S1（曲线2 ，希望R 小），R选择200800欧；分闸过程：S1先分（希望R 小），再分S2（希望R 大），R 选择几千欧至几万欧。合空线与切空线需要的并联电阻不同，无法同一，实际按 照切空线设计。Date24（3）控制合闸相位 空载线路合闸过电压的大小与电源电压的合闸相位有关，

13、可以通 过电子装置来控制断路器的动作时间，以达到降低合闸过电压的目的 。 （4）消除线路上的残余电荷 在线路侧接电磁式电压互感器，可在几个工频周波内，将全部残余 电荷通过互感器泄放掉。（5）装设避雷器 在线路首端和末端装设磁吹避雷器或金属氧化物避雷器，当出现 较高的过电压时，避雷器应能可靠动作，将过电压限制在允许的范围 内。第8章 电力系统过电压及保护Date258.2.3 切除空载线路引起的过电压我国在 35 220 kV 电网中，都曾因切除空载线路时 过电压引起过多次故障。多年的运行经验证明：若使用 的断路器的灭弧能力不够强，以致电弧在触头间重燃时 ，切除空载线路的过电压事故就比较多，因此

14、，电弧重 燃是产生这种过电压的根本原因。 产生过电压的物理过程第8章 电力系统过电压及保护Date26第一次重燃第二次重燃若电弧继续重燃下去，则可能出现 -7Em ，+ 9Em ， 的过电压，可见电弧的多次重燃是切除空载线路时产生危险 的过电压的根本原因。系统实测结果表明，超过 3Em 的过电 压概率是很小的，这是因为过电压受多种因素影响的缘故。 第8章 电力系统过电压及保护Date278.2.4 切除空载变压器引起的过电压产生过电压的物理过程过电压产生原因：由于截流留在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量。第8章 电力系统过电压及保护Date288.2.5 操作过电压的限制措施8.2.5.

15、1 利用断路器并联电阻限制合闸过电压 为了限制分合闸引起的过电压，在断路器主触头上并联一个大容 量电阻，并在主触头外串联一个辅助触头，将分合闸过程分为两个阶 段进行，缩小了每一阶段过渡过程的起始值与稳态值的差，从而减小 了每一阶段的过电压，大容量电阻的阻尼加速了振荡过程的衰减，从 而有效抑制了分合闸过电压的幅值。第8章 电力系统过电压及保护Date298.2.5.2 利用避雷器限制操作过电压第8章 电力系统过电压及保护避雷器在限制操作过电压时应注意以下几个问题： 磁吹阀型避雷器间隙的操作波放电电压可能与工 频放电电压数值不同，而且分散性大； 操作过电压下流过避雷器的电流一般小于雷电流 ，但持续

16、时间长得多，对避雷器的通流容量要求更 严格； 操作过电压下避雷器可能动作多次，对阀片的通 流容量和间隙的灭弧性能要求苛刻。Date308.3.1空载长线的电容效应 相位系数Z：线路波阻抗l：线路长度若末端开路：无穷大 电源 系 统第8章 电力系统过电压及保护Date318.3.2不对称短路引起的工频电压升高（A相短路为例） K(1） ：单相接地因 数，说明单相接地故 障时，健全相的对地 最高工频电压有效值 与故障前故障相对地 电压有效值之比。第8章 电力系统过电压及保护Date32第8章 电力系统过电压及保护Date33n 中性点绝缘的3 10kV系统：X0 主要由线路容抗决定， 为负值。单相